2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Elucidation of the strategies of mechanical optimization in plants toward the establishment of the bases for sustainable structure system |
|---|
| Project/Area Number |
18H05489
|
|---|
| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
出村 拓 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40272009)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西谷 和彦 神奈川大学, 理学部, 教授 (60164555)
大谷 美沙都 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (60435633)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
|
| Keywords | 原子間力顕微鏡 / 細胞壁パターン / 重力屈性 / マイクロフォーカスX線CT / 数理モデル / アメリカネナシカズラ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
（１）構造力学的アプローチによる細胞壁マイクロドメイン化メカニズムの解明○植物細胞の機械的強度や物理的特性の変化の計測に向けて、AFMによる解析システムを確立した。○シロイヌナズナ道管細胞分化誘導系を材料に、原形質分離を誘導した際の二次壁沈着のパターン変化を追跡し、同系へのAFM解析システムの最適化を進めた。○細胞壁マイクロドメイン化に関わる新規因子の単離に向けて、順遺伝学解析とケミカルバイオロジー解析を進めた。
（２）重力屈性・あて材形成に見る力学的最適化戦略の解明○シロイヌナズナ花茎重力屈性に関して、Image JおよびKymoRod（MATLABプラグイン）による画像データ解析を行い、花茎屈曲動態の定量的特徴因子の抽出系を確立した。さらに数理モデルとの組み合わせにより、重力屈性動態を説明出来るパラメーターの算出に成功した。○シロイヌナズナ細胞壁改変ライブラリを用いて花茎重力屈性における細胞壁の役割を検討した。上記の解析系を用いた花茎重力屈性試験の結果、花茎細胞壁の特徴が屈曲開始後の花茎の立ち上がりや屈曲時間に影響することを明らかにした。
（３）植物器官新生における細胞壁の可塑的制御による力学的最適化の解明○マイクロフォーカスX線CTによる植物器官・組織の内部構造解析法を確立し、シロイヌナズナ花茎の維管束構造の可視化に成功した。○アメリカネナシカズラのin vitro吸器誘導系を確立した。さらにこの系を用いて、吸器の維管束新生制御に関わる細胞壁関連因子の同定に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）構造力学的アプローチによる細胞壁マイクロドメイン化メカニズムの解明○今後の研究に必須のAFMによる微小力学解析システムが確立できた。○シロイヌナズナ道管細胞分化誘導系における原形質分離誘導後の二次壁沈着パターン変化の追跡に成功した。○細胞壁マイクロドメイン化に関する順遺伝学解析とケミカルバイオロジー解析が進展した。
（２）重力屈性・あて材形成に見る力学的最適化戦略の解明○シロイヌナズナ花茎重力屈性の画像データ解析から数理モデルに研究が発展し、重力屈性動態に関する新規パラメーターを見いだした。これをもとに、花茎細胞壁特徴の花茎屈曲開始後の屈曲動態への影響の解析が可能となった。
（３）植物器官新生における細胞壁の可塑的制御による力学的最適化の解明○マイクロフォーカスX線CT解析法が確立した。○アメリカネナシカズラの吸器誘導時の維管束新生制御に関わる細胞壁関連因子を新規に見いだした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、細胞壁の特殊化を構造力学的に読み解くことで、サステナブル構造システムモデルに投影可能な植物の力学的最適化戦略を抽出する
（１）構造力学的アプローチによる細胞壁マイクロドメイン化メカニズムの解明○道管細胞分化の人為的誘導系を用いて、二次細胞壁沈着過程における細胞の機械的強度や物理的特性の変化を詳細に解析する。○隣り合った道管が二次細胞壁沈着の位置を同調させる構造力学的プロセスを記述するために、原形質分離形を中心に画像解析・シミュレーションを進める。さらに、外部からの力学刺激によって二次細胞壁形成を攪乱する新規実験系の確立を目指す。
（２）重力屈性・あて材形成に見る力学的最適化戦略の解明○重力屈性とあて材形成の過程の構造力学的理解のために、ユーカリ側枝などを材料に非接触型3次元画像・組織構造・力学特性データを時系列で取得し、4D構造システムをシミュレーションする。さらに組織・細胞レベルの高解像度トランスクリプトーム解析システムの構築を進める。
（３）植物器官新生における細胞壁の可塑的制御による力学的最適化の解明○組織培養系のカルスからのシュート再生における、非接触型3次元画像データの取得を進めるとともに、細胞張力測定系の構築を目指す。
|
